Als ein Verbund aus Schülern der 10. & 11. Klassen sich am frühen Morgen des 21. Januars dieses Jahres am Hittfelder Bahnhof versammelte, um die RB 41 nach Hamburg Hbf zu nehmen, war die Vorfreude groß. Nachdem die Masterclass Teilchenphysik nun über die S1 nach Othmarschen gelangt war, ereignete sich im Bus Richtung DESY-Forschungsgelände ein Fiasko! Mehrere Schüler konnten ihre Nahverkehrs-Nutzungs-Legitimation nicht vorzeigen. Glücklicherweise hatten die Kontrolleure Nachsicht und ließen uns weiter.
Nun konnte es endlich losgehen! Auf dem Gelände erwartete uns bereits ein ca. 10m hoher alter Teilchendetektor vom DESY (Deutschen Elektronen-Synchroton). Ein Ausstellungsstück, welches in der gesamten Gruppe die Begeisterung für Teilchenphysik erwachen ließ. Außerdem konnten wir noch kleinere aktuelle Cavities sehen. Sie dienen im Teilchenbeschleuniger als Einheiten zur Beschleunigung der geladenen Teilchen. Hierbei werden, wie der Name besagt, in Hohlräumen mittels elektrischer Felder durch anziehende und abstoßende Kräfte elektrisch geladene Teilchen beschleunigt. Visualisiert wurde dieses mittels roter Akzentlichter, wie Herr Werner uns erzählte. Auf dem weiteren Weg zum Gebäude 34a, in dem die Teilchenphysik Masterclass stattfinden sollte, konnten wir mit gefrorenem Wasser ummantelte Rohre erblicken. Wie sich herausstellte befand sich in den Rohren flüssiges Helium für die supraleitenden Bestandteile des sich unter der Erde befindlichen Beschleunigers. Die geringe Temperatur ließen das Wasser aus der Luft kondensieren und gefrieren.
„Hier wird an der Zukunft von Morgen geforscht!“, so Maximilian Meybauer.
Im Seminarraum des Schülerlabors wurden wir von Frau Dr. Diana Haas freundlich empfangen und von der Doktorandin Frau Caroline Niemeyer in die Welt der Teilchenphysik eingeführt. Wir waren bei der Basisveranstaltung -erleben- der Teilchenphysik Masterclass des Netzwerkes Teilchenwelt beim DESY angekommen. Interaktiv wurde zuerst methodisch eine Mindmap mit bereits rezipierten Assoziationen zum Thema Teilchenphysik an einem Whiteboard erstellt. Um sich die räumlichen Größen der Teilchenphysik besser zu visualisieren, zeichneten alle SuS einen Zahlenstrahl in dem neben den Größen eines Menschen und eines Fußballfeldes auch die Größen eines Protons, eines Quarks sowie eines Atoms verzeichnet wurden. Mithilfe eines quartettarigen Kartenspiels wurden die einzelnen Teilchen anschließend entsprechend ihrer Eigenschaften gruppiert und besprochen.
Im Folgenden konnten wir uns in einer Nebelkammer (Luft übersättigt mit Alkohol; siehe Foto) ein Bild von der ioniserienden Stahlung in Form von Kondensstreifen machen. Die ionisierende Strahlung erzeugt im Nebel Ionen, an denen der Nebel kondensiert. Hinzu kam die Einwirkung der Lorentzkraft aufgrund eines starken Magnetfeldes. In dem Nebel der Nebelkammer wurde zunächst die Auswirkung der natürlich vorkommenden ionisierenden Strahlung in unserer Umwelt in grünem Neonlicht sichtbar gemacht und nach dem Anschalten eines starken Elektromagneten konnten wir beobachten, wie die bewegten geladenen Teilchen im Nebel von der Lorentzkraft abgelenkt wurden.
Bevor es jedoch in die wohlverdiente Mittagspause ging, haben wir uns mit Herrn Werner in einem anderen Gebäude das Modell des DESY-Geländes angesehen. Dort wurde uns deutlich, was für eine immense Größe die Apparaturen haben müssen, die uns die die Moleküle und Kristalle aus Atomen sowie deren Aufbau und Wechselwirkung miteinander bei chemischen Reaktionen entdecken lassen. Im Modell waren der Linearbeschleuniger FLASH und Ringbeschleuniger DORIS, PETRA und HERA mit roten Lichtakzenten visualisiert, um die sich unter der Erde befindlichen technischen Apparaturen an das Tageslicht zu holen. Herr Werner erklärte uns, dass sich auf dem beim DESY Physiker aus vielen verschiedenen Ländern aufhielten und darauf warteten, ihren Versuch an einer Beamline durchführen zu können. Die Gäste, Forscher sowie Schüler und Studenten haben die Möglichkeit, im Hotel auf dem DESY-Gelände zu wohnen und lassen die Wirtschaft in Hamburg Othmarschen florieren.
Nach dem Besuch am eindrucksvollen Modell ging es nun in die Mittagspause. Die internationale Küche konnte mit Burgern und Currywurst mit Pommes die Fleischfans begeistern und auch die eingefleischten Veganer in unserer Gruppe waren erstaunt über das breite und ausgewogene Angebot der Küche an der aufgestellten Salatbar. Am Buffet kamen wir auch erstmals in Kontakt mit den besonderen Vorlieben der Physikerinnen und Physiker: Die Pommes Frites wurden vor der Ausgabe an die hungrigen Gäste zwecks einheitlicher Portionierung in einer Messschale abgefüllt, damit niemand einer übermäßigen Völlerei oder einer mangelnden Nahrungszufuhr und dem Unterschlagen einer geldwerten Leistung ausgesetzt ist.
Im Speisesaal konnten wir uns mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unterhalten und mit ihnen ihre Forschungs- und Entwicklungsarbeit am DESY diskutieren. Uns wurden auf viele Fragen interessante Antworten gegeben. Am Ausgang der Betriebskantine hatten wir die Möglichkeit, uns noch eine Kugel Eis an einem Eiswagen zu kaufen.
Nach der Mittagspause durften wir endlich mit dem freien Programm MINERVA (Masterclass Involving Event Recognition Visualised with Atlantis) auf den Laptops der Masterclass mit unserer Elementarteilchen-Suche beginnen. Von einer CD-ROM wurden über das Diskettenlaufwerk echte Datensätze der Detektoren vom CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire) aus dem Jahr 2011 eingelesen, die auf dem Datenträger gespeichert waren. Mit einem Struktogramm konnten wir die in der Bedienoberfläche des Programms angezeigten Daten nach bestimmten Kriterien untersuchen und die Ergebnisse in einer Strichliste notieren. Dabei kamen wir zu interessanten Fakten: Nur ein Bruchteil der aufgezeichneten Daten beinhaltet Hinweise auf die Zerfallsprodukte eines W-Bosons, viele der angezeigten Werte hatten ihre Ursache in der Hintergrundstrahlung. Während wir diese Masterclass Aufgabe absolvierten, fragten wir uns auch, wie denn am CERN nach W-Bosonen gesucht wird. Frau Caroline Niemeyer beantwortete uns auch diese Frage: Am CERN, wo bereits 1989 von Tim Berners-Lee das World-Wide-Web entwickelt wurde, werde ebenso heutzutage modernste Technik eingesetzt. Computerprogramme würden dort in einem Bruchteil einer Sekunde sehr große Datenmengen analysieren. Dies nähme den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern viel mühsame Sucharbeit ab.
Während unserer Teilchenphysik Masterclass waren nicht nur wir im Seminarraum des Gebäudes 34a: Eine Schülerin und ein Schüler aus einer Hamburger Schule absolvierten ihr dreiwöchiges Betriebspraktikum am Laser-Lab der Universität Hamburg und besuchten im Rahmen des Betriebspraktikums an mehreren Tagen die Forschung in den Laboratorien des DESY. Sie erzählten uns von ihren Eindrücken aus den Hamburger Forschungslaboratorien, die im internationalen Wettbewerb stehen und den High-Tech-Standort Deutschland täglich neu definieren. Zwei weitere Schülerinnen waren in der 2. Stufe des Teilchenphysik Masterclass-Programms -vermitteln- und qualifizierten sich durch ihre Tätigkeit als Tutoren (sie unterstützten uns bei unserer Auswertung mit dem Computer) für den anschließenden Workshop am CERN in der Schweiz, der die dritte Stufe im Programm -erforschen- bildet.
Den Abschluss der Masterclass bildete ein Quiz von Frau Caroline Niemeyer, das unsere über den Tag erlangten Kompetenzen über die Teilchenphysik nach der Multiple-Choice-Methode abprüfte. Gewinnerin des Quiz wurde Johanna Wollmann (10e). Aber auch die anderen Schülerinnen und Schüler hatten großen Spaß am Abprüfen ihres neuen Wissens. Eine Schülerin resümierte:
„Heute war ein spannender Tag mit vielen interessanten Eindrücken!“
Auch Herr Werner zeigte sich steht’s begeistert. So meinte er:
„Zwar habe ich bereits mit vielen Klassen einen solchen Ausflug unternommen, jedoch ist es immer wieder aufs Neue eine tolle Erfahrung. Natürlich hoffe ich, dass wir nächstes Jahr erneut eine solch tolle und interessante Exkursion machen können und wieder so viele engagierte Schülerinnen und Schüler dabei sind, um das Fach Physik hautnah zu erleben.”
Am Ende unseres Ausfluges stand ein gemeinsames Gruppenbild vor den auf dem Forschungsgelände ausgestellten Cavitys als Erinnerung an den lehrreichen Tag auf den Spuren der Physik in Hamburg.
Artikel von Maximilian Meybauer (11a), Johanna Wollmann (11e) und Leif Lebender (11d)
20.09.2019
Genehmigung für das Netzwerk Teilchenwelt-Logo durch Michael Kobel und Anne Rockstroh
Genehmigung für das DESY-Logo durch Arthur Meier
